钪掺杂钙钛矿薄膜通过ETL导带能级排列实现复合损耗降低与载流子提取增强

本综述系统探讨了通过钪（Sc）掺杂钙钛矿层及构建TiO2/Sc-WO3双电子传输层（ETL）策略，显著提升铅基混合卤化物钙钛矿太阳能电池（PSC）效率的机制。研究通过能带对齐降低传导带偏移（CBO），增强电荷提取并抑制复合，使器件效率（PCE）提升至13.64%，同时稳定性达90.11%，为新一代光伏技术提供重要方向。

　　

Section snippets

Experimental Section

多种薄膜沉积技术如溶胶-凝胶旋涂法（sol-gel spin coating）、溶胶-凝胶浸涂法（sol-gel dip coating）和喷雾热解法（spray pyrolysis）被应用于本研究。喷雾热解法因其低成本、易操作和大面积均匀沉积的特性，成为大规模应用的理想选择。Sc-WO₃薄膜通过旋涂法制备，钙钛矿薄膜则采用喷雾热解法。所有实验原料与化学品均由Sigma-Aldrich提供。

Perovskite Films

纯相与Sc掺杂钙钛矿薄膜的X射线衍射（XRD）图谱如图2a所示。纯CsPbIBr₂在14.51°（100）、21.56°（110）、26.80°（111）、29.82°（200）、34.32°（210）和38.21°（211）处出现衍射峰，表明其具有α相立方钙钛矿结构。4%和5%Sc掺杂薄膜显示出类似衍射峰，其中4%掺杂薄膜峰强度更高，表明结晶度提升。当掺杂量增至5%时，峰强度出现下降。

Conclusions

本研究通过4%Sc掺杂钙钛矿与双电子传输层（ETL）策略，显著提升了钙钛矿太阳能电池（PSC）的结构与光电性能。Sc掺杂不仅增强了CsPbIBr₂的结晶度与晶粒尺寸，同时降低了带隙，改善光吸收能力。通过对比纯相与4%Sc掺杂钙钛矿在单一TiO₂ ETL和TiO₂/Sc-WO₃双ETL结构中的光伏性能，发现双ETL配置有效优化了能带对齐，减少载流子复合，并显著提升器件效率与稳定性。